[發明專利]接合構件的制造方法和接合構件

在審

• 申請號: 201380018183.3
• 申請日: 2013-03-27
• 公開（公告）號: CN104245282A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 竹內正基;平田滋己;加藤卓巳;佐野弘樹
• 申請（專利權）人: 帝人株式會社
• 主分類號: B29C65/02
• 分類號: B29C65/02;B32B15/08
• 代理公司: 北京泛誠知識產權代理有限公司 11298
• 代理人: 吳立;文琦

技術領域

本發明涉及熱塑性碳纖維復合材料與金屬的接合構件的制造方法，以及利用該方法獲得的接合構件。

背景技術

具有高比強度和比剛度的碳纖維復合材料是輕量的，使得作為各種領域中的極其優異的材料，一直受到人們的重視。迄今為止，在將使用熱固性樹脂作為基質的熱固性碳纖維復合材料接合到不同種類的材料、尤其是金屬的接合中，已經采用了作為機械接合的使用螺栓和螺母、或鉚釘等的接合，或使用粘合劑的接合。利用螺栓或螺母等的機械接合一般會導致重量增加，而且特別是，存在以下顧慮：在復合材料中，應力在接合點集中，并且在最壞的情況下，破裂從最初的應力集中點開始連續進行。在使用粘合劑的接合中，為確保強度，一般需要確保粘合劑層具有一定的厚度。特別是，在接合大尺寸構件的情況下，需要相當大的量的粘合劑。結果，存在獲得的構件的重量大幅增加的情況。此外，還存在僅利用粘合劑無法使其接合強度總是足夠的問題。另外，在利用粘合劑的接合中，由于直到由接合獲得實際接合強度一般需要很長時間，所以必需考慮接合之后的老化步驟。

另一方面，在使用熱塑性樹脂作為基質的碳纖維復合材料(以下有時稱作“熱塑性碳纖維復合材料”或簡稱為“復合材料”)中，通過在熱塑性樹脂相容的范圍內進行焊接而將材料相互接合，并且能夠預期可與基質樹脂的接合體相比的接合強度。然而，即使在熱塑性碳纖維復合材料的情況下也存在許多難以通過焊接(融合)將基質樹脂接合到金屬的情況。

為了將熱塑性碳纖維復合材料焊接到金屬，需要被用作基質的熱塑性樹脂自身能夠被焊接到金屬。專利文獻1描述了通過焊接來接合金屬和樹脂。具體而言，描述了二者由于通過將樹脂注塑成型至表面形成為細微孔隙的鋁材料的錨效應而能夠被接合。此外，專利文獻2至6描述了通過對金屬表面施加一定的處理而將樹脂與金屬接合。

此外，關于包含熱固性樹脂作為基質的熱固性碳纖維復合材料，專利文獻7描述了利用布置與金屬和復合材料二者具有親和性的中間樹脂層的接合方法。

引用列表

專利文獻

專利文獻1：JP-A-2003-103563

專利文獻2：JP-B-5-51671

專利文獻3：WO2009/157445

專利文獻4：WO2007/072603

專利文獻5：JP-A-2011-235570

專利文獻6：WO2012/074083

專利文獻7：JP-A-2006-297927

發明內容

本發明要解決的問題

包含熱塑性樹脂作為基質的熱塑性碳纖維復合材料的優勢在于當施加熱量時其形狀易于改變。因此，與包含熱固性樹脂作為基質的熱固性碳纖維復合材料相比，能夠在極短的時間內執行注塑成型或壓制成型。因此，如果能夠將作為基質的熱塑性樹脂用于在熱塑性碳纖維復合材料進行接合，據認為通過在模具中熱壓焊接能夠極其容易且極其有效地獲得碳纖維復合材料與金屬的接合，并且還能夠同時執行接合構件的成型。

然而，即使當通過如專利文獻2和3所述的熱塑性樹脂與金屬的接合方法來嘗試獲得熱塑性碳纖維復合材料的接合時，在熱塑性碳纖維復合材料中，作為基質的熱塑性樹脂也處于“滲透入”碳纖維束的狀態下。因此，樹脂并非總是均勻地存在于材料的表面上，并且在某些情況下，在熱塑性樹脂中存在“缺陷”部分，使得存在無法展現出足夠的接合強度且結合強度表現出極大變化的顧慮。此外，碳纖維導致所謂的對金屬的電解腐蝕。因此，當碳纖維與金屬在基質樹脂中缺陷部分中產生接觸時，該接觸導致金屬的腐蝕。

本發明的主要目的是提供一種熱塑性碳纖維復合材料與金屬堅固地接合的接合構件的制造方法。

解決問題的技術方案

作為對用于獲得熱塑性碳纖維復合材料與金屬之間的堅固接合的方法進行廣泛研究的結果，本發明人已經發現，通過在復合材料待接合于其上的金屬表面部分上形成具有特定深度的凹凸形狀、以特定厚度在這樣的金屬表面部與復合材料之間設置熱塑性樹脂層、并且通過加熱包含熱塑性樹脂層的接合部來熔化構成熱塑性樹脂層和熱塑性碳纖維復合材料的熱塑性樹脂的一部分從而使金屬緊密地粘附并接合到復合材料，能夠將金屬與復合材料緊密地粘附并堅固且穩定地接合，并由此完成了本發明。

即，本發明涉及一種接合構件的制造方法，該接合構件通過將包含熱塑性樹脂作為基質的碳纖維復合材料與金屬接合而獲得，該方法包括：

在接合部處的金屬表面上形成深度為0.02至0.6mm的凹凸形狀的步驟(i)；